Revestimento e coletores solares de película azul: um avanço revolucionário na tecnologia de conversão solar térmica

Introdução

No campo da utilização da energia solar térmica, o desempenho do coletor determina diretamente a eficiência de conversão de energia de todo o sistema. Como representante destacado da nova geração de revestimentos de absorção seletiva, o revestimento solar de película azul está a elevar a tecnologia de recolha de energia solar térmica a um novo patamar. Este nanorrevestimento, preparado por tecnologia avançada de pulverização catódica por magnetrão, com o seu excelente desempenho de conversão fototérmica e longa durabilidade, tornou-se um material essencial para aumentar a eficiência dos coletores solares. Este artigo irá aprofundar os princípios técnicos, as características de desempenho dos revestimentos solares de película azul e a sua aplicação em coletores solares.

I. Princípios e Características Técnicas

O revestimento solar de película azul é um projeto que adota uma estrutura de sistema de película multicamada. Ao controlar com precisão a espessura e a composição de cada camada de material, consegue a função de absorção seletiva dos espectros solares. O seu princípio de funcionamento baseia-se no efeito de interferência e no efeito de ressonância plasmónica de superfície, podendo atingir um equilíbrio perfeito entre a alta taxa de absorção e a baixa emissividade numa ampla gama espectral.

Projeto de estrutura de camada de filme

Um revestimento de película azul típico adota uma estrutura de sistema de película de cinco camadas: camada de reflexão infravermelha, camada de absorção, camada antirreflexo, camada de transição e camada protetora. A camada refletora infravermelha é geralmente feita de cobre ou aço inoxidável, que serve para refletir a radiação infravermelha. A camada de absorção é constituída por crómio ou nitreto de crómio e é responsável pela absorção da radiação solar. A camada antirreflexo adota óxido de silício ou óxido de alumínio para reduzir a perda de reflexão da superfície. A camada protetora é feita de materiais resistentes às intempéries para garantir a estabilidade do revestimento a longo prazo.

Características de desempenho ótico

A taxa de absorção do revestimento de película azul pode atingir α≥0,95, e a emissividade é tão baixa como ε≤0,05. Os parâmetros de desempenho ótico são significativamente superiores aos dos revestimentos tradicionais. Sob o espectro solar padrão AM1.5, a sua eficiência de conversão fototérmica atinge mais de 90%. A superfície do revestimento apresenta uma cor azul profunda, que não só parece elegante e generosa, mas, mais importante, esta característica de cor reflete a sua excelente seletividade ótica.

Desempenho de estabilidade térmica

Após 1.000 horas de teste de envelhecimento a alta temperatura a 300°C, a taxa de degradação do desempenho do revestimento é inferior a 5%. Após ter sido testado durante 2000 horas num ambiente húmido e quente de 85°C e 85% de humidade relativa, o revestimento não apresentou descascamento nem descoloração, demonstrando uma excelente adaptabilidade ambiental. A resistência à névoa salina atinge as 1.000 horas sem corrosão, sendo adequado para utilização em zonas costeiras.

Ii. Processo de Fabrico e Controlo de Qualidade

Processo de pulverização catódica magnetron

O revestimento de película azul é preparado por tecnologia avançada de pulverização catódica por magnetrão. Num ambiente de alto vácuo, controlando com precisão parâmetros como a potência de pulverização catódica, o caudal de gás e a temperatura do substrato, obtém-se uma deposição de camada de filme com precisão nanométrica. Este processo garante a consistência da espessura do revestimento e a uniformidade da composição, sendo o desvio de desempenho de cada lote de produtos controlado com uma precisão de ±2%.

Processo de tratamento do substrato

A superfície do substrato passa por diversos processos de pré-tratamento, incluindo desengorduramento, decapagem, passivação, etc., para garantir que a adesão entre o revestimento e o substrato atinge o mais alto padrão. A resistência de ligação do substrato de alumínio tratado pela tecnologia de microoxidação por arco pode atingir o padrão de grau 1 (testado pelo método transversal).

Sistema de inspeção de qualidade

Estabelecer um sistema completo de inspeção de qualidade, incluindo dois elos: a monitorização online e a inspeção offline. A monitorização online permite a monitorização em tempo real da espessura e composição do filme, enquanto a deteção offline realiza testes de desempenho abrangentes, incluindo 28 indicadores, como o desempenho ótico, a resistência às intempéries e a resistência mecânica, para garantir que cada metro quadrado de revestimento cumpre os requisitos de projeto.

Iii. Análise de Vantagem de Desempenho

Excelente eficiência de conversão fototérmica

Em comparação com o revestimento tradicional de cromo preto, a eficiência térmica do revestimento de película azul é aumentada em mais de 15%. Nas mesmas condições de iluminação, a temperatura da água de saída do coletor com revestimento de película azul aumenta 8-12°C, e o ganho de calor do sistema aumenta mais de 20%. Especialmente em ambientes de baixa temperatura, as suas vantagens de desempenho são ainda mais evidentes.

Durabilidade de longa duração

Os testes de envelhecimento acelerado mostram que a vida útil do revestimento de película azul pode chegar a mais de 25 anos. No ambiente de utilização real, após 10 anos de testes de exposição externa, a taxa de absorção do revestimento diminuiu apenas 2,3%, a emissividade aumentou 0,8% e a taxa de degradação do desempenho foi muito inferior aos requisitos padrão da indústria.

Bons benefícios económicos

Embora o investimento inicial seja 30-40% superior ao dos revestimentos comuns, devido à sua maior eficiência e maior vida útil, o período de retorno do investimento é reduzido em 2 a 3 anos. Ao longo de todo o seu ciclo de vida, pode gerar mais de 30% mais de energia térmica e aumentar os benefícios económicos abrangentes em mais de 50%.

Iv. Campos de Aplicação e Análise de Casos

Aplicação de coletores de placa plana

No campo dos coletores de placas planas, o revestimento de película azul tornou-se uma configuração padrão para produtos de alta qualidade. Após uma marca de renome de coletores de placa plana ter adotado o revestimento de película azul, a sua eficiência instantânea aumentou para 83,5%, 12% superior à dos produtos comuns. A temperatura de saída do produto pode atingir mais de 95°C, cumprindo os requisitos de aquecimento industrial.

Aplicação de coletores de tubos de vácuo

Nos coletores de tubos de vácuo, o revestimento de película azul é aplicado na superfície exterior dos tubos de absorção de calor, aumentando significativamente a eficiência da recolha de calor. Um projeto adotou coletores de tubo de vácuo de película azul, conseguindo uma eficiência do sistema de 68%, 15% superior à dos produtos tradicionais, e o período de retorno do investimento foi reduzido para 4 anos.

Sistema integrado fotovoltaico e solar térmico

No sistema fotovoltaico/térmico, o revestimento de película azul é utilizado para aumentar a eficiência de absorção de calor, otimizando o projeto para garantir que a temperatura de funcionamento dos módulos fotovoltaicos não é demasiado elevada. Os dados de um projeto de demonstração mostram que o sistema fotovoltaico/térmico com revestimento de película azul apresenta uma eficiência global de 75%, 20% superior à do sistema convencional.

Campo de aquecimento industrial

No campo do aquecimento industrial, os coletores com revestimento de película azul podem gerar vapor de temperatura média acima dos 120°C, atendendo às exigências de aquecimento de indústrias como o processamento de alimentos e a impressão e tingimento têxtil. Uma empresa têxtil instalou um sistema de recolha de calor de película azul de 5.000 metros quadrados, poupando 2 milhões de yuans em custos de vapor anualmente.

V. Guia de Instalação e Manutenção

Requisitos técnicos de instalação

Deve ser dada especial atenção à proteção da superfície do revestimento durante o processo de instalação para evitar riscos e contaminação. As ferramentas de instalação devem utilizar equipamento específico para garantir que o revestimento não é danificado. O ângulo de instalação deve ser ajustado com precisão para garantir o ângulo de incidência solar ideal.

Especificações de manutenção diária

Limpe a superfície do coletor regularmente. Recomenda-se a sua limpeza trimestral. Utilize materiais macios e produtos de limpeza neutros. Evite utilizar produtos de limpeza ácidos ou alcalinos fortes. Verifique as condições da superfície do revestimento e corrija quaisquer anormalidades em tempo útil.

Método de monitorização de desempenho

Estabelecer um sistema completo de monitorização de desempenho e testar regularmente a eficiência do coletor. A uniformidade do revestimento foi detetada por termovisor de infravermelhos e as alterações das propriedades óticas foram medidas por espectrofotómetro. Estabelecer ficheiros de equipamentos para registar o histórico de manutenção e os dados de desempenho.

Vi. Tendências de Desenvolvimento Tecnológico

Direção de inovação de materiais

Desenvolver novos tipos de nanocompósitos para aumentar ainda mais a taxa de absorção e reduzir a emissividade. Desenvolver revestimentos inteligentes adaptativos que possam ajustar automaticamente as suas características de radiação de acordo com a temperatura ambiente. Pesquisar processos de preparação de baixo custo para reduzir os custos de produção.

Direção de otimização de processos

Desenvolver tecnologia de produção contínua rolo a rolo para aumentar a eficiência da produção. Pesquisar processos de preparação a baixa temperatura para adaptação a mais tipos de substratos. Otimizar o design estrutural do sistema de película para aumentar a estabilidade térmica do revestimento.

Direção de expansão da aplicação

Desenvolver revestimentos coloridos adequados para a integração arquitetónica, atendendo aos requisitos estéticos. Pesquisar tecnologia de revestimento de substrato flexível e expandir os campos de aplicação. Desenvolver revestimentos autolimpantes antipoluição para reduzir os custos de manutenção.

Vii. Normas de Qualidade e Certificação

Requisitos de norma internacional

Cumpre os requisitos da norma internacional ISO 22975-3. Certificado pela Solar Keymark para garantir o desempenho e a qualidade do produto. Cumpre os requisitos da diretiva de proteção ambiental RoHS da UE e não contém substâncias nocivas, como metais pesados.

Padrões de testes da indústria

Foi aprovado no teste de névoa salina de 1.000 horas e atingiu o mais alto nível de resistência à corrosão. Foi aprovado no teste de calor húmido de 2000 horas e possui uma excelente resistência às intempéries. Foi aprovado em 10.000 testes de choque térmico e possui uma excelente resistência ao choque térmico.

Sistema de controlo de qualidade

Estabelecer o sistema de gestão da qualidade ISO 9001. Implementar um sistema completo de rastreabilidade da qualidade do processo. Estabelecer um sistema completo de serviço pós-venda.

Viii. Perspectivas e Oportunidades de Mercado

Intensidade de apoio político

Os governos de todo o mundo estão a promover vigorosamente a utilização de energia renovável. A utilização de energia solar térmica foi incorporada nos padrões obrigatórios de conservação de energia nos edifícios. Forneça incentivos fiscais e políticas de subsídios.

Análise da procura de mercado

Existe uma forte procura por reformas que economizem energia no setor industrial. A promoção de padrões de construção sustentável no sector da construção civil é também um factor importante. Existe um enorme potencial para a substituição de energia limpa nas áreas rurais.

"Perspetivas de Oportunidades de Desenvolvimento"

Espera-se que o tamanho do mercado cresça 50% durante o período do "14º Plano Quinquenal". O progresso tecnológico tem reduzido continuamente os custos. Os campos de aplicação emergentes estão em constante expansão.

Conclusão

Como material central da tecnologia de utilização da energia solar térmica, o revestimento solar de película azul está a impulsionar toda a indústria para uma elevada eficiência e eficácia a longo prazo. O seu excelente desempenho e benefícios económicos significativos fazem dele a tecnologia preferida para a modernização e substituição de coletores solares. Com o avanço contínuo da tecnologia de materiais e a otimização constante dos processos de preparação, os revestimentos de película azul desempenharão certamente um papel significativo numa vasta gama de campos e darão contributos importantes para a transição energética global e para as metas de redução de carbono. 

Sugerimos que os investidores e utilizadores prestem muita atenção aos parâmetros de desempenho e à certificação de qualidade do revestimento ao escolher um sistema de recolha solar térmica, e selecionem coletores de alta eficiência com revestimento de película azul para garantir o melhor retorno do investimento e a melhor experiência de utilização. Para mais detalhes técnicos ou informações sobre o produto, por favor contacte a nossa equipa técnica profissional. Forneceremos suporte técnico e soluções abrangentes.